(57)【要約】【課題】電磁レンズが発生する磁場の安定性を向上させることを課題とする。【解決手段】電子線の経路５の周囲に巻線が巻回されているコイル１２、コイル１３ａおよびコイル１３ｂと、磁路を形成する強磁性体１１と、各々のコイル１２，１３ａ，１３ｂに電流を流す電流源装置２，３と、コイル１３ａおよびコイル１３ｂに、互いに逆向き、かつ、同じ電流量の電流を流し、コイル１２，１３ａ，１３ｂにおける合計発熱量をＰとし、コイル１２に流れる電流量をＩ１とし、抵抗値をＲ１とし、コイル１３ａ，１３ｂに流れる電流量をＩ２とし、合成抵抗値をＲ２としたとき、コイル１３ａ，１３ｂ電流量Ｉ２を、Ｉ２＝｛（Ｐ−Ｉ１２Ｒ１）／Ｒ２｝１／２に従った量となるよう制御する制御装置４と、を有することを特徴とする。【選択図】図１
2013030276.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電粒子の進行軸の周囲に巻線が巻回されている第１のコイル、第２のコイルおよび第３のコイルと、
磁路を形成する強磁性体と、
各々のコイルに電流を流す電流源装置と、
前記第２のコイルおよび前記第３のコイルに、互いに逆向き、かつ、同じ電流量の電流を流し、
前記第１のコイル、第２のコイルおよび第３のコイルにおける合計発熱量をＰとし、前記第１のコイルに流れる電流量をＩ１とし、前記第１のコイルの抵抗値をＲ１とし、前記第２のコイルおよび第３のコイルに流れる電流量をＩ２とし、前記第２のコイルおよび第３のコイルにおける合成抵抗値をＲ２としたとき、前記第２のコイルおよび第３のコイルに流れる電流量を、以下の式（１）に従った量となるよう制御する制御装置と、
を有することを特徴とする電磁レンズ。
【数１】
2013030276.tif 000006
【請求項２】
前記合計発熱量Ｐは、前記第１のコイルに流すことのできる電流量のうち、最大の電流量を前記第１のコイルに流し、前記第２のコイルおよび前記第３のコイルには、電流を流さないときの発熱量である
ことを特徴とする請求項１に記載の電磁レンズ。
【請求項３】
前記第１のコイル、前記第２のコイルおよび前記第３のコイルを構成する巻線が、互いに分散して巻回されている
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電磁レンズ。
【請求項４】
前記第１のコイルの巻数が、前記第２のコイルおよび前記第３のコイルそれぞれの巻数より多い
ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の電磁レンズ。
【請求項５】
前記第２のコイルおよび前記第３のコイルそれぞれの抵抗値が、前記第１のコイルの抵抗値より大きい
ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の電磁レンズ。
【請求項６】
前記第１のコイル、前記第２のコイルおよび前記第３のコイルを構成する巻線が角線である
ことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の電磁レンズ。
【請求項７】
前記第１のコイル、前記第２のコイルおよび前記第３のコイルを構成する角線が、層状に巻回されている
ことを特徴とする請求項６に記載の電磁レンズ。
【請求項８】
前記第２のコイルおよび前記第３のコイルを構成する角線による層が、前記第１のコイルを構成する角線による層に、交互に挟まれている
ことを特徴とする請求項７に記載の電磁レンズ。
【請求項９】
請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の電磁レンズを有する荷電粒子装置。
【請求項１０】
前記荷電粒子装置は、電子顕微鏡である
ことを特徴とする請求項９に記載の荷電粒子装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、荷電粒子の収束などに用いられる電磁レンズ、および荷電粒子と試料との反応を利用する荷電粒子装置の技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
荷電粒子装置は、電子、陽イオンなど、電荷をもつ粒子（荷電粒子）を電界などで加速した荷電粒子束（荷電粒子線：例えば電子線）として、試料に照射する装置であり、試料と荷電粒子との反応を利用して試料の加工、観察、分析などを行う。荷電粒子装置として、電子顕微鏡、電子線描画装置、イオン加工装置、イオン顕微鏡などが挙げられる。中でも電子顕微鏡は、電子線を用いて試料の微細構造の観察を行う荷電粒子装置の代表的なものである。
【０００３】
電子顕微鏡は、電子源で発生した電子線を試料の望む位置に照射するため、電子線を収束する働きを持つ電子レンズを備える。電子レンズは、電界ないし磁界を用いて、電子線を収束する装置である。電子顕微鏡では、多くの場合、電子レンズとして、電磁石を原理とする電子レンズが用いられている。電磁石を磁界発生源とするので、電子レンズ（磁界型電子レンズ）を電磁レンズとも称する。このような電磁レンズとして、電子線の通路の周囲に軸対称なソレノイドコイルを設け、さらにこのソレノイドコイルを内包する磁路を備えた電磁レンズが用いられることが多い。
【０００４】
電磁レンズは、コイルに流す電流を変更することによりレンズ強度（電子線の収束の強さ）を変更することが可能である。このことが電子レンズとして電磁レンズを採用する大きな理由となっている。試料の観察倍率など、荷電粒子装置を使用する条件が変化した場合も、コイルに流す電流を変更すれば、レンズ強度を自在に変化させることができるからである。
【０００５】
一方、レンズ強度を変更するために、コイルに流す電流を変更すると、コイルの発熱量が変化する。電磁レンズで用いられるコイルは、銅など電気の良導体で巻回されているが、超伝導体でコイルが作られている場合を除き、一般に流れる電流量に応じたジュール熱を発生する。このため、コイルに流す電流を変更した場合、ジュール熱の発生量が変化することになる。
【０００６】
通常、電磁レンズの発するジュール熱は、熱伝導で周囲に伝わり、内蔵された水冷機構や、荷電粒子装置の周辺の大気に放熱することで拡散し、定常状態に達する。電磁レンズを一定の条件（つまり、一定の電流量）で使用している場合、最終的には熱平衡状態に至り、周囲に動的な影響を及ぼさない。ここで、コイルに流れる電流を変更すると、電流と周囲の温度、熱伝導度によって定まる、ある平衡点に向けて、磁路など電磁レンズ周辺の装置の温度が変化することになる。コイルの温度変化には一定の時間がかかり、さらに周囲の構造の温度変化が収束するまでに、しばしば数時間以上の時間がかかる。
【０００７】
このように、高精度で制御されている電子顕微鏡の場合、電磁レンズの電流変化が周辺に温度変化のかたちで長時間にわたる影響を与える。温度変化は試料の観測精度に悪影響を及ぼす。なぜならば、電磁レンズ周辺の温度が変化すると、熱膨張により装置を構成する機構部分が変形するからである。これにより、荷電粒子源や荷電粒子線通路と標的との位置関係が変化したり、磁路開口部や磁路間の距離が変わり、荷電粒子光学系の条件が変化してしまうことになる。これらの変化は、標的上での荷電粒子線照射位置の移動（ドリフトと呼ばれる）や、焦点のぼけとして観測される。前記したように、電磁レンズ条件変更後、装置が熱平衡に達するまでに一定の時間がかかるので、この時間の間、ドリフトやぼけが試料の観察に悪影響を与え続けることになる。
【０００８】
これらの問題点を改善する方法として、電磁レンズに複数のコイルを備える方法が、特許文献１〜３に開示されている。
特許文献１には、１つの磁路中に２つのコイルを内蔵した電磁レンズが開示されている。一方のコイルは、他方のコイルに対して、順方向または逆方向に電流が流され、電流の方向を切り替え可能としている。これにより、一方のコイルによる起磁力と、他方のコイルによる起磁力とが加算または減算された起磁力が電磁レンズ全体に与えられることになるが、この両方の条件で、発熱量が一定となる。
【０００９】
つまり、最初、「２」の起磁力が必要なとき、一方のコイル（コイルＡとする）に「６」の電流を流しておいて、他方のコイル（コイルＢとする）に「４」の電流を流しておくとする。次に「４」の起磁力が必要になったとすると、コイルＡの電流を「７」に変化させ、同時に、コイルＢの電流を「３」に変化させる。このように、コイルＡ、コイルＢに流れる電流量の合計が変化しないようにすることで、電磁レンズ全体の発熱量が変化しないようにしている。
【００１０】
特許文献２には、特許文献１に記載の技術を拡張し、３個以上のコイルを内蔵する電子レンズおよびこれを用いた荷電流線装置が開示されている。特許文献２に記載の技術では、それぞれのコイルに流れる電流の方向を切り替えることで、磁路内のコイルが発生する熱量を一定に保ったまま、起磁力をより細かく変化させることができる。
特許文献３には、磁路が内蔵する２つのコイルを構成する銅線を、互いに隣接して巻くことで、起磁力を変化させつつ、ジュール熱の量および発生領域を一定に保つ電磁レンズが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開平６−２０８８３８号公報
【特許文献２】特開２００６−２１００３５号公報
【特許文献３】特開２００９−１７６５４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
電磁レンズに電流を流す定電流電源は、一般にコイルに流す電流について、ある固有のふらつきを持っている。
特許文献１〜３の技術では、少なくとも２つのコイルに別々に電流を流しているため、２つ以上の定電流電源が必要となる。それぞれの定電流電源において、変動幅としても、また時間的にも独立したふらつきが発生するため、定電流電源が１つである場合（つまり、発熱量を考慮しない電磁レンズ）と比較して、電流のふらつきが大きくなってしまう。これが原因となって、電磁レンズの精度が低下してしまう。そして、電流のふらつきを小さくしようとすると、精度の高い（従って、コストが高い）定電流電源を２つ用意する必要が生じてしまうため、技術的な困難が増加してしまうという問題がある。
【００１３】
このような背景に鑑みて本発明がなされたのであり、本発明は、電磁レンズが発生する磁場の安定性を向上させることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
前記課題を解決するため、本発明は、荷電粒子の進行軸の周囲に巻線が巻回されている第１のコイル、第２のコイルおよび第３のコイルと、磁路を形成する強磁性体と、各々のコイルに電流を流す電流源装置と、前記第２のコイルおよび前記第３のコイルに、互いに逆向き、かつ、同じ電流量の電流を流し、前記第１のコイル、第２のコイルおよび第３のコイルにおける合計発熱量をＰとし、前記第１のコイルに流れる電流量をＩ１とし、前記第１のコイルの抵抗値をＲ１とし、前記第２のコイルおよび第３のコイルに流れる電流量をＩ２とし、前記第２のコイルおよび第３のコイルにおける合成抵抗値をＲ２としたとき、前記第２のコイルおよび第３のコイルに流れる電流量を、Ｉ２＝｛（Ｐ−Ｉ１２Ｒ１）／Ｒ２｝１／２に従った量となるよう制御する制御装置と、を有することを特徴とする。
その他の解決手段については、実施形態中にて適宜説明する。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、電磁レンズが発生する磁場の安定性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】第１実施形態に係る電磁レンズの断面を示す図である。
【図２】第２実施形態に係る電磁レンズの断面を示す図である。
【図３】第２実施形態に係る電磁レンズの変形例における断面を示す図である（その１）。
【図４】第２実施形態に係る電磁レンズの変形例における断面を示す図である（その２）。
【図５】第２実施形態に係る電磁レンズの変形例における断面を示す図である（その３）。
【図６】本実施形態に係る電磁レンズを備える荷電粒子装置の構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
次に、本発明を実施するための形態（「実施形態」という）について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１８】
［電磁レンズ］
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る電磁レンズの断面を示す図であり、電磁レンズ１は、電子線の経路５を軸とする軸対称の構造を有する略リング状の形状を有している。略リング状の電磁レンズ１における断面図を示している。
電磁レンズ１は、磁路を形成するための強磁性体１１に、レンズコイルであるコイル１２，１３ａ，１３ｂが内蔵されている。各コイル１２，１３ａ，１３ｂは、それぞれ電気的に絶縁されている。コイル１２には高精度な定電流電源２が接続されている。また、コイル１３ａ、１３ｂは、互いに直列に接続されており、定電流電源３に接続されている。後記するように、定電流電源３は、定電流電源２より精度の低いものを用いることができる。制御装置４は、定電流電源２，３の電流量を制御している。なお、図１において、各コイル１２，１３ａ，１３ｂの内部では、実際には巻線が密に配置されている。
【００１９】
ここで、コイル１３ａとコイル１３ｂは、定電流電源３からの電流が、コイル１３ａとコイル１３ｂとで、それぞれ逆向きに流れるよう接続されている。また、コイル１３ａとコイル１３ｂの巻き数は等しい。なお、コイル１２とコイル１３ａの巻き数は同じでもよいし、異なっていてもよい。また、コイル１に流れる電流の向きは、どちら向きでもよい。
【００２０】
コイル１３ａとコイル１３ｂに流れる電流が等しく、電流の流れる向きが反対向きであるため、定電流電源３が電流Ｉ２を流したとすると、コイル１３ａとコイル１３ｂには、互いに逆向きの磁界が発生し、この逆向きの磁界が互いの磁界を打ち消しあう。従って、電流Ｉ２によって電磁レンズ１にもたらされる起磁力は「０」となる。
一方、定電流電源２が電流Ｉ１を流したとすると、この電流Ｉ１は、コイル１２を流れることとなる。コイル１２の巻数をＴ１とすると、電流Ｉ１は、Ｉ１Ｔ１に比例した起磁力を電磁レンズ１に与える。
【００２１】
ここで、電磁レンズ１の発熱量を考える。各コイル１２，１３ａ，１３ｂの抵抗値はコイルの温度によって異なる。
ある温度におけるコイル１２，１３ａ，１３ｂの抵抗値をそれぞれＲ１、Ｒ２ａ、Ｒ２ｂとすると、電磁レンズ１全体の発熱量Ｐは、以下の式（１）となる。
【００２２】
Ｐ＝Ｉ１２Ｒ１＋Ｉ２２（Ｒ２ａ＋Ｒ２ｂ）  ・・・  （１）
【００２３】
Ｒ２＝Ｒ２ａ＋Ｒ２ｂとすると、式（１）の発熱量Ｐは、以下の式（２）に変形できる。
【００２４】
Ｐ＝Ｉ１２Ｒ１＋Ｉ２２Ｒ２  ・・・  （２）
【００２５】
このときの電磁レンズ１の精度は、各コイル１２，１３ａ，１３ｂに流れる励磁電流の時間的な変動（ふらつき）が大きく影響すると考えられる。定電流電源２による電流Ｉ１の時間的な変動の変動幅をΔＩ１とし、また同様に定電流電源３による電流Ｉ２の時間的な変動の変動幅をΔＩ２とする。前記したように、コイル１３ａ，１３ｂは逆向きに電流が流れるため、電流Ｉ２は電磁レンズの励磁には寄与しない。そのため、電流Ｉ２の時間的な変動も、励磁の変動に寄与しない。従って、電磁レンズ１が軸５上に発生する磁界レンズの強度の時間変動（磁界の精度）は、定電流電源２の精度（変動幅）であるΔＩ１に比例する量となる。
【００２６】
次に、制御装置４が行う電流の制御を説明する。
電磁レンズ１に起磁力Ａを得たい場合、制御装置４は、式（３）に示す電流Ｉ１を流すよう定電流電源２を制御する。
【００２７】
Ｉ１＝Ａ／Ｔ１  ・・・  （３）
【００２８】
そして、制御装置４は、以下の式（４）に従う電流Ｉ２を流すよう定電流電源３を制御する。
【００２９】
【数１】
2013030276.tif 000003
【００３０】
式（４）は、式（２）に式（３）を代入して、Ｉ２について変形することにより得られる。
制御装置４は、各電流Ｉ１，Ｉ２が、式（３）、式（４）となるよう定電流電源２，３を制御することにより、電流Ｉ１，Ｉ２を変化させても電磁レンズ１全体の発熱量を一定値Ｐで保つことができる。なお、発熱量Ｐは任意に設定されている値である。
【００３１】
次に、電磁レンズ１の発熱量Ｐの決め方の一例を説明する。
ここでは、定電流電源２が、流すことのでき得る最大の電流を流し、定電流電源３の流す電流が「０」であるときの発熱量Ｐｍａｘを式（４）における発熱量とする。
すなわち、発熱量Ｐは以下の式（５）でＰｍａｘに設定される。
【００３２】
Ｐｍａｘ＝Ｉ１ｍａｘ２Ｒ１  ・・・  （５）
【００３３】
なお、Ｐ＝Ｐｍａｘに限らず、他の値でもよい。例えば、Ｐ＞Ｐｍａｘでもよい。ただし、Ｐ＜Ｉ２ｍａｘＲ２２である必要はある。ここで、Ｉ２ｍａｘは、定電流電源３が、流すことのでき得る最大の電流である。
また、Ｐ＜Ｐｍａｘでもよいが、この場合、制御できない領域ができるため、好ましくない。Ｐ＜Ｉ１１２Ｒ１となるＩ１１が、Ｉ１１＜Ｉ１ｍａｘの条件で存在することになるが、このとき、Ｉ２＝０としても電磁レンズ１全体の発熱量がＰを上回るためである。
【００３４】
なお、ここでは、コイル１２の抵抗値Ｒ１およびコイル１３ａ，１３ｂの抵抗値Ｒ２が一定であるという前提で計算および制御を行っている。本実施形態の電磁レンズ１では、発熱量を常にＰで一定とすることができる。コイル１２，１３ａ，１３ｂの各抵抗値は、各コイル１２，１３ａ，１３ｂにおける発熱量と放熱効率の影響を受けて変化するが、発熱量Ｐが一定となることにより、コイル１２の抵抗値Ｒ１およびコイル１３ａ，１３ｂの抵抗値Ｒ２はある精度で一定とすることができる。従って、コイル１２の抵抗値Ｒ１およびコイル１３ａ，１３ｂの抵抗値Ｒ２は近似的に一定であるという前提で計算および制御を行うことができる。
さらに、高次の安定性のために、コイル１２，１３ａ，１３ｂの抵抗値を定電流電源２，３で測定し、Ｉ２２Ｒ２＋Ｉ１２Ｒ１が一定となるよう制御することもできる。
また、コイル１３ａ，１３ｂにおける電流のふらつきは、互いに逆向きに同じ量の電流が流れることで、完全にキャンセルされるため、定電流電源３は、精度の低いものを使用しても問題ないこととなる。つまり、複数の定電流電源２，３のうち、高い精度を備えた電源は定電流電源２の１つでよく、定電流電源３は相対的に精度の低い、安価な電源で十分である。
【００３５】
さらに、本実施形態によれば特許文献１〜３に記載の技術のような、２台以上の定電流電源がどちらも電磁レンズの起磁力にかかわる機構に比べ、電磁レンズ１が発生する磁場の安定性を向上させることができ、高精度で電磁レンズ１を制御することができる。
以下の表は、このことを説明するための表である。
【００３６】
【表１】
2013030276.tif 000004
【００３７】
表１では、上段に本実施形態、下段に比較例の各特性を示す。なお、比較例は特許文献１に記載の技術であるが、特許文献３に記載の技術も、同様の特性を示す。
なお、表１におけるＩ１，Ｉ２，Ｒ１，Ｒ２は、それぞれのコイルに流れる電流値と、それぞれのコイルにおける抵抗値を示している。なお、本実施形態では、前記したようにコイル１３ａとコイル１３ｂの合成抵抗値をＲ２とする。
表１において、「コイル数」は、本実施形態において「３」であり、比較例が「２」であること、および電源数（定電流電源数）は、本実施形態および比較例において「２」であることは、本実施形態の説明および特許文献１の記載から明らかであるので、説明を省略する。また、「電磁レンズが発生させる熱量」は、どちらも同じであるため、説明を省略する。
【００３８】
比較例が互いに逆向きに電流の流れる２つのコイルのそれぞれに電流値Ｉ１，Ｉ２を逆向きに流すため、比較例における「電磁レンズ起磁力」は「Ｉ１−Ｉ２」となる。また、比較例では、ΔＩ２（電流値Ｉ２のふらつき）の影響を「０」にすることができないため、「起磁力精度」は表１に示すようになる。
これに対し、本実施形態では、Ｉ２の影響を排除することができるため、「電磁レンズ起磁力」はＩ１となり、「起磁力精度」をΔＩ１とすることができる。特に、ΔＩ２≠０であれば、起磁力精度については以下の式（６）が常に成り立つため、本実施形態の手法の方が、比較例の手法より電磁レンズ１が発生する磁場の安定性を向上させることができ、精度の高い制御を可能とする。
【００３９】
【数２】
2013030276.tif 000005
【００４０】
（第２実施形態）
次に、図２〜図５を参照して、第２実施形態と、その変形例に係る電磁レンズの例を示す。なお、図２〜図４における丸は巻線の断面を示している。また、図２〜図５において、図１と同様の構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。
図２に示す電磁レンズ１ａでは、コイル１２，１３ａ，１３ｂが複数の電線を互いに織り交ぜて巻く一体のコイルとなっている。つまり、電磁レンズ１ａにおいて、コイル１２，１３ａ，１３ｂの巻線（以下、コイル１２，１３ａ，１３ｂと称する）が、互いに均一に分散して、電子線の経路５の周りを巻回している構造となっている。なお、コイル１３ａ，１３ｂは、第１実施形態と同様、電流が逆向きに流れるように巻線が巻回されている。また、コイル１２，１３ａ，１３ｂは、互いに絶縁されており、各コイル１２，１３ａ，１３ｂを構成する巻線の一端と他端は、電磁レンズ１ａ外に独立に取り出すことができる。なお、コイル１３ａ，１３ｂにおける巻線の一端は、電磁レンズ１ａ内部で接続されていてもよい。
【００４１】
第１実施形態（図１）に示す電磁レンズ１では、コイル１２が配置されている箇所と、コイル１３ａ，１３ｂが配置されている箇所が、明確に分離しているため、全体の発熱量が一定であっても、その発熱分布に偏りが生じる可能性がある。
第２実施形態に示す電磁レンズ１ａでは、図２のようにコイル１２，１３ａ，１３ｂが、互いに均一に分散して巻回されているため、発熱分布を均一にすることができる。
【００４２】
図３〜図５は、第２実施形態に係る電磁レンズの変形例を示す図である。
前記したように、コイル１３ａとコイル１３ｂにおける巻線の巻数が等しければ、図３に示す電磁レンズ１ｂのようにコイル１２とコイル１３ａ，１３ｂの巻数が異なってもよい。図５に示すように、コイル１２の巻数が、コイル１３ａ，１３ｂそれぞれの巻数より多いことが技術的に自然であり好ましいが、コイル１２の巻数が、コイル１３ａ，１３ｂそれぞれの巻数より少なくてもよい。なお、コイル１３ａと、コイル１３ｂの巻数は、同じになるように巻回される。
【００４３】
また、コイル１３ａ，１３ｂにおける巻線をコイル１２に巻回される巻線に比べて高抵抗の材料で作った場合、コイル１３ａ，１３ｂにおける発熱量が大きくなるため（式（２））、図４の電磁レンズ１ｃのように、コイル１３ａ、１３ｂの巻数をコイル１２に比べてずっと少ない巻数とすることが望ましい。このように、コイル１３ａ、１３ｂの巻数をコイル１２に比べて少ない巻数とすることで、電磁レンズ１ｃを小型化することができる。
なお、図４では、各コイル１２，１３ａ，１３ｂの抵抗値を、丸の大きさで表現し、丸の大きさが小さいほど抵抗値が大きく、丸の大きさが大きいほど抵抗値が小さい。このようにすることで、コイル１３ａ，１３ｂに流す電流を少なくすることができるので、安定性を向上させることができる。この場合も、コイル１２の中にコイル１３ａ，１３ｂが、均一に分散して巻回されるようにすることが望ましい。
【００４４】
また、電磁石におけるコイルを高性能にするためには、発熱を熱伝導で逃がす目的と、限られた断面積に最大の電流密度を投入する目的のために、巻線を隙間なく巻回することが重要である。この目的のために、図５の電磁レンズ１ｄのように、巻線の断面が円形ではなく四角形などの角型である角線を用いてもよい。図５において、各コイル１２，１３ａ，１３ｂが、各コイルにおける巻線の断面を示している。この場合、角線を用いた各コイル１２，１３ａ，１３ｂは、図５に示すように層状の構造とすることが望ましい。さらに、コイル１３ａとコイル１３ｂがコイル１２の層に挟まれる構造にするのが望ましい。また、コイル１３ａ、コイル１３ｂの巻線を薄い層とする（巻き線の厚みを薄くする）ことで、励磁に関わるコイル１２を巻回する断面積を確保し、かつ隙間なく巻くことができるようになる。
【００４５】
本実施形態では、コイル１３ａの巻数とコイル１３ｂの巻数が等しければ、本実施形態の電磁レンズ１，１ａ〜１ｄのコイル１２，１３ａ，１３ｂの巻線の直径や厚みが異なっていてもよい。また、各コイル１２，１３ａ，１３ｂの巻線の材質が異なっていてもよい。なお、巻線の直径や、厚みや、材質が異なることで、図４で説明したようにコイル１２と、コイル１３ａ，１３ｂとの巻数が異なるが、コイル１３ａと、コイル１３ｂの巻数は等しくなるように巻回される。
また、コイル１３ａ，１３ｂに相当するコイルは、それぞれの合計巻数が一致していれば、複数のコイルからなる複合コイルとして備えることも可能である。つまり、本実施形態では、コイル１３ａ，１３ｂを１本の巻線からなる単一のコイルとしているが、コイル１３ａ，１３ｂのそれぞれを複数本の巻線からなる複数のコイルとしてもよい。この場合、コイル１３ａを構成するコイルの巻数と、コイル１３ｂを構成する巻数は同じとする必要がある。同様に、コイル１２も複数のコイルで構成されるようにしてもよい。
【００４６】
また、コイル１３ａ，１３ｂを、１本の巻線を折り返したものを軸の周りに巻くことによって形成することもできる。つまり、コイル１３ａ（またはコイル１３ｂ）を１本の巻線で形成した後、この巻線を折り返して、軸（電子線の経路５）の周りに巻回することでコイル１３ｂ（またはコイル１３ａ）を形成してもよい。折り返し箇所は一方のコイルを形成した後に折り返してもよいし、１周毎に折り返してもよい。さらに、このような折り返しで形成したコイルを複数備えることで、コイル１３ａ，１３ｂを形成してもよい。
【００４７】
また、本実施形態では、定電流電源２，３を別の定電流電源としたが、一体の定電流電源としてもよい。この場合、コイル１２に流す電流と、コイル１３ａ，１３ｂに流す電流とを分流し、かつ、コイル１２に流れる電流の電流量と、コイル１３ａ，１３ｂに流れる電流量とを調節可能な分流手段を備える必要がある。
【００４８】
本実施形態によれば、３つのコイル１２，１３ａ，１３ｂのうち、電流の大きさが同じで、かつ電流の流れる方向が互いに逆向きである２つのコイル１３ａ，１３ｂを設け、さらに式（３）および式（４）に従って各コイル１２，１３ａ，１３ｂを流れる電流を制御することによって、発熱量を一定に保ったまま、電磁レンズ１，１ａ〜１ｄの磁界強度を変化させることができ、電磁レンズ１，１ａ〜１ｄが発生する磁場の安定性を向上させることができる。また、電流の大きさが同じで、かつ電流の流れる方向が互いに逆向きである２つのコイル１３ａ，１３ｂを設けることで、これらのコイルに流れる電流による起磁力をキャンセルすることができるため、電磁レンズ１，１ａ〜１ｄの精度を、特許文献１〜３に記載の技術と比較して向上させることができる。
【００４９】
［荷電粒子装置］
次に、図６を参照して、本実施形態に係る電磁レンズ１，１ａ〜１ｄを備える荷電粒子装置を説明する。
図６は、本実施形態に係る電磁レンズを備える荷電粒子装置の構成例を示す図である。
なお、本実施形態では、荷電粒子装置として透過型電子顕微鏡の例を示しているが、走査型電子顕微鏡、イオンビーム装置、電子線描画装置などの荷電粒子装置としてもよい。
図６の透過型電子顕微鏡（以下、電子顕微鏡２００と称する）は、一般的な電子顕微鏡であるため、その詳細な説明は省略するが、電子銃２０１、電子光学系部２０２、試料ホルダ２０３、検出器２０４、電源を有する制御検出部２０５、制御装置２０６および高圧電源部２５１を有する。そして、電子銃２０１と電子光学系部２０２は、それぞれ真空排気装置２１２、２１３を備えている。
【００５０】
電子銃２０１は電子源２１１から電子線を発生・放出する。放出された電子線は、経路５に従って進み、電子光学系部２０２において収束、偏向させられ、試料２３１に照射される。試料ホルダ２０３は試料２３１を保持し、必要に応じ、オペレータの操作に応じて、試料２３１を移動、傾斜、交換する。検出器２０４は、試料２３１が発生した反射電子、二次電子、反射電子、透過電子、散乱電子、Ｘ線などを計測する。制御検出部２０５は、電子銃２０１、電子光学系２０２に電源を供給するとともに、制御装置２０６の指示に従って出力を調整することによって、電子線をオペレータが要求する状態に制御する。特に、電子銃２０１は、制御検出部２０５に接続されている高圧電源部２５１で昇圧された電圧から電子線を発生する。また、制御装置２０６は、制御検出部２０５を介して検出器２０４から取得した情報をデジタル信号に変換するとともに、制御検出部２０５を制御することで電子銃２０１、電子光学系２０２を制御するとともに、検出器２０４からの情報を処理し、オペレータに視認可能な形で表示または記録する。
【００５１】
ここで、制御装置２０６が図１の制御装置４に相当し、制御検出部２０５に図１の定電流電源２，３が含まれている。
また、電子光学系部２０２に３つの電磁レンズ２２１が備えられ、検出器２０４に１つの電磁レンズ２２１が備えられている。これらの電磁レンズ２２１は、図６の上から順にＣ１レンズ、Ｃ２レンズ、対物レンズ、照射レンズである。
これら４つの電磁レンズ２２１のうち、少なくとも１つが本実施形態の電磁レンズ１，１ａ〜１ｄのいずれかである。
【符号の説明】
【００５２】
１，１ａ〜１ｄ  電磁レンズ
２，３  定電流電源
４      制御装置
５      電子線の経路
１１    強磁性体
１２    コイル（第１のコイル）
１３ａ  コイル（第２のコイル）
１３ｂ  コイル（第３のコイル）
２００  電子顕微鏡（荷電粒子装置）
２０１  電子銃
２０２  電子光学系部
２０３  資料ホルダ
２０４  検出器
２０５  制御検出部
２０６  制御装置
２１１  電子源
２１２，２１３  真空排気装置
２２１  電磁レンズ
２５１  高圧電源部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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